22.09.2024
V naší vědecké skupině věříme, že vědecká excelence jde ruku v ruce se silnými manažerskými, komunikačními a vůdčími schopnostmi. Abychom podpořili komplexní profesní rozvoj, dva naši členové nedávno absolvovali kurzy zaměřené na zlepšení těchto klíčových dovedností.
Vědecká pracovnice Valentyna Kuznetsova se zúčastnila respektovaného kurzu EMBO Laboratory Leadership, který se konal na Jihočeské univerzitě. Tento program, určený pro vedoucí týmů, se zaměřuje na rozvoj klíčových vůdčích kompetencí, včetně strategického myšlení, řízení týmů a řešení konfliktů.
Současně doktorandka Alina Kaliuzhna absolvovala Doktorandskou letní školu v Národní technické knihovně (NTK). Tento dvoudenní program poskytuje mladým výzkumníkům klíčové dovednosti v oblasti projektového řízení, vědecké komunikace a interdisciplinární spolupráce.
22.09.2024
Doktorandka Alina Kaliuzhna se zúčastnila letní školy v Extreme Light Infrastructure (ELI) v Szegedu, v Maďarsku. Zařízení ELI ALPS je sídlem jednoho z nejpokročilejších laserových systémů na světě. Během pobytu Alina představila poster s názvem "Dvojí fotosyntéza: Efektivita fotosyntetických pigmentů v extrémních podmínkách," a získala užitečnou zpětnou vazbu od mezinárodních expertů.
Kromě prezentace svého výzkumu Alina během letní školy získala praktické zkušenosti a seznámila se s nejnovějšími pokroky v oblasti vysokovýkonných laserových systémů.
22.09.2024
S radostí oznamujeme, že Emrah Özcan úspěšně obhájil svou disertační práci, která se zaměřovala na dynamiku excitovaných stavů karotenoidů a na to, jak jsou ovlivňovány vnějšími faktory, jako jsou interakce s kovy, změny pH, napětí a chemické modifikace.
Navíc začátkem letošního roku Emrah získal také doktorát z fyzikální chemie na Technické univerzitě v Gebze v Turecku. Gratulujeme!
22.09.2024
Naše dlouhodobá spolupráce se skupinou Mirka Kloze z ELI Beamlines vyústila ve dva články, které se zaměřily na vibrační vlastnosti excitovaných stavů karotenoidů v roztoku a v proteinu (OCP - orange carotenoid protein). První článek ukazuje, jak konformační změna karotenoidu echinenonu, vyvolaná jeho vazebným místem v OCP, ovlivňuje vibrace karotenoidu v excitovaném stavu, což vede ke specifickému mechanismu disipace energie v OCP, který by mohl být důležitý pro počáteční fáze fotocyklu OCP. Druhý článek porovnává vibrační vlastnosti nejnižšího excitovaného stavu tří lineárních karotenoidů: neurosporenu, sferoidenu a lykopenu. Analýza vibrací karotenoidů ve stavu S1 odhaluje jejich závislost na konjugované délce karotenoidu.
22.09.2024
Na základě předchozí studie, která odhalila strukturu komplexu OCP-fykobilisom a poskytla možné vysvětlení toho, jak echinenon vázaný v OCP zháší biliny ve fykobilisomu, jsme se zapojili do spolupráce na projektu, který byl zaměřen na detaily mechanismu zhášení. Spolupráce byla rozšířena o skupinu profesorky Benedetty Mennucci, která provedla sofistikované výpočty vlastností excitovaných stavů echinenonu vázaného na fotoaktivní OCP. Tyto výpočty byly umožněny dalším zpřesněním struktury komplexu OCP-fykobilisom. Výsledky, publikované v časopise Science Advances, ukázaly, že specifické rozložení nabitých aminokyselin v blízkosti karotenoidu způsobuje specifickou distribuci náboje, která výrazně zvyšuje dipólový moment přechodu S0-S1 karotenoidu. To zesiluje interakci mezi stavy S1 bilinů ve fykobilisomu a echinenonem v OCP, čímž se otevírá cesta pro zhášení přenosem energie. Modelování přenosu energie celým komplexem OCP-fykobilisom, provedené naší skupinou, ukázalo téměř dokonalou shodu s experimentálními daty.
22.09.2024
Bisfenylhydrazon astaxanthinu neboli BPH-astaxanthin je nový karotenoid syntetizovaný v naší skupině. Již dlouho je známo, že konjugovaná skupina C=O způsobuje významné změny ve vlastnostech excitovaných stavů karotenoidů. I když jsou keto karotenoidy s konjugovanou skupinou C=O běžné v přírodě a vyskytují se v mnoha fotosyntetických organismech, žádné karotenoidy s konjugovanými skupinami obsahujícími jiný atom než kyslík se přirozeně nevyskytují. Náš nový syntetický karotenoid nahrazuje dvě konjugované skupiny C=O astaxanthinu skupinami C=N. Podrobná spektroskopická charakterizace BPH-astaxanthinu byla právě publikována. Nový karotenoid je stabilní ve standardních organických rozpouštědlech a má výrazně kratší dobu života stavu S1 než jeho mateřská molekula, astaxanthin.
22.09.2024
Karotenoidy jsou dobře známé jako silně hydrofobní molekuly nerozpustné ve vodě, takže vliv pH na karotenoidy nebyl nikdy studován. Existuje však několik výjimek z „hydrofobního pravidla“, jako například hydrofilní karotenoid krocin, známý především jako barvivo v šafránu. Využili jsme hydrofilních vlastností krocinu a zkoumali jsme vlastnosti excitovaného stavu krocinu při různých hodnotách pH. Zatímco kyselé pH (<6) ničí molekulu krocinu během několika hodin, při zásaditém pH je krocin stabilní, což umožňuje spektroskopické experimenty až do pH 11. Jak je uvedeno v našem článku publikovaném v časopise PCCP, zvýšení pH z 7 na 11 vyvolává strukturální změny podobné těm, které byly zjištěny při snižování polarity rozpouštědla, pokud je krocin rozpuštěn v organickém rozpouštědle. Výsledky tedy naznačují, že vlastnosti konjugovaných skupin C=O krocinu se mění se zvýšením pH.
27.08.202
Alina Kaliuzhna, M.Sc. absolvovala obor Biofyzika na V.N. Karazin Charkovské národní univerzitě. Ke skupině se připojila v únoru jako doktorandka. Bude pracovat na projektu zaměřeném na zkoumání fotoprotektivních funkcí světlosběrných komplexů, financovaném Grantovou agenturou České republiky.
Alexander Paradzah, Ph.D. se ke skupině připojil v polovině června. Má předchozí zkušenosti s ultrarychlou absorpční spektroskopií, které získal během doktorského studia na Univerzitě v Pretorii v Jihoafrické republice. Bude pracovat na projektu Photomachines a jedním z jeho hlavních úkolů bude vývoj nového experimentálního zařízení založeného na femtosekundovém laserovém systému s frekvencí 100 kHz.
Shubhankar, M.Sc. se ke skupině připojil v srpnu. Absolvoval obor Biotechnologie na Guru Nanak Dev University v Indii. Je také členem týmu projektu Photomachines a bude pracovat na přípravě, izolaci a spektroskopii fotosyntetických pigmentů a pigment-proteinových komplexů z mikroorganismů.
03.10.2023
Naše výzkumná skupina právě publikovala v časopise ChemPlusChem novou vědeckou práci "Time-Resolved Spectroelectrochemical Dynamics of Carotenoid 8'-apo-β-Carotenal", která demonstruje výjimečnou schopnost ladění signálů spojených s intramolekulárním přenosem náboje (ICT) u keto-karotenoidů pomocí aplikace vnějšího napětí. Ačkoli spektrální poloha absorpčního pásu zůstala nezměněna, časově rozlišená transientní absorpční spektra odhalila výrazné snížení amplitudy spektrálního pásu ICT stavu v experimentech prováděných za podmínek přiloženého vnějšího napětí. Tento jev byl doprovázen prodloužením doby života S1/ICT stavu, která se změnila z 8 ps na 13 ps. Možná ještě zajímavější je, že vypnutí přiloženého napětí rychle vedlo k návratu ke spektroskopickým vlastnostem měřeným bez napětí, což dokazuje reverzibilní povahu našich pozorování. Tento nový pohled na spektroelektrochemickou dynamiku karotenoidů otevírá možné cesty pro další zkoumání vlastností excitovaných stavů keto-karotenoidů.
31.08.2023
Nová studie publikovaná v časopise Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry odhaluje vzájemné působení mezi karotenoidem astaxantinem a kovovými ionty. Článek popisuje tvorbu stabilních komplexů a jejich vliv na dynamiku excitovaného stavu. Interakce astaxantinu se zinečnatými (Zn2+) a měďnatými (Cu2+) ionty vykazuje významné změny v dynamice excitovaného stavu karotenoidu, což vede k zesílení asymetrie rozložení náboje nejnižšího excitovaného stavu, S1/ICT. Studie také odhaluje kratší doby života S1/ICT stavů u těchto komplexů ve srovnání s čistým astaxantinem, a to díky prodloužení efektivní konjugované délky. Vytváření komplexu astaxantinu s mědí také vede k detekci signálu S*, což pravděpodobně souvisí s vibrační excitací základního stavu, která je generována rychlou relaxací excitovaných stavů. Tato studie nejen posunuje naše chápání fotofyziky karotenoidů, ale slibuje také možné aplikace v dalších vědeckých oborech.
31.08.2023
Nový článek "Relaxation dynamics of high-energy excited states of carotenoids studied by UV excitation and pump–repump–probe transient absorption spectroscopy" publikovaný v časopise Physical Chemistry Chemical Physics odhaluje dosud opomíjené vyšší excitované stavy karotenoidů. Tato výzkumná práce porovnává dynamiky excitovaného stavu ß-karotenu a astaxantinu po přímé excitaci SUV stavu (pozorovaného v absorpčním spektru) a po re-excitaci Sn stavu (pozorovaného v tranzientním absorpčním spektru). Studie odhaluje odlišné relaxační dráhy i unikátní charakteristiky Sn a SUV stavů a doplňuje další rozměr našeho chápání fotofyziky karotenoidů a jejich funkcí v přírodě.
31.08.2023
Rozsáhlý přehledový článek, na němž se podílel i jeden člen naší vědecké skupiny, byl publikován v časopise Chemical Physics Review. Odhaluje proces vývoje ultrarychlé laserové spektroskopie od jejího vzniku na konci sedmdesátých let minulého století až po dnešní pokročilé techniky. S názvem "Ultrafast laser spectroscopy uncovers mechanisms of light energy conversion in photosynthesis and sustainable energy materials" článek prochází několik desetiletí pokroku v oblasti ultrarychlé laserové spektroskopie a vyzdvihuje její klíčovou roli při porozumění nejen fotosyntéze, ale i novým materiálům pro využití solární energie. Článek zabývá tématy jako např. světlosběrné fotosyntetické antény, primární přenos elektronů ve fotosyntéze nebo cílí na nové materiály pro solární články, a shrnuje rozsáhlou oblast tohoto vědeckého odvětví a nabízí odborný pohled i na průlomové objevy v této oblasti.
31.08.2023
Laboratoř optické spektroskopie vstupuje do další etapy špičkového spektroskopického výzkumu významným vylepšením experimentální konfigurace pro ultrarychlou spektroskopii. Konec srpna 2023 znamená pro laboratoř zásadní okamžik, neboť poprvé od roku 2014, kdy bylo současné experimentální nastavení vybudováno, jej čeká první opravdu velká změna. S odhodláním vylepšit kvalitu spektroskopických experimentů náš tým kompletně, do posledního zrcadla, rozebral celý experiment, a to s cílem postavit novou, moderní a kompaktní konfiguraci. Tato přestavba otevírá cestu ke zvýšení kvality a přesnosti naměřených dat s cílem zajistit, aby naše laboratoř nadále patřila ke špičce v oboru. Vylepšené zařízení nabízí dvě odlišné konfigurace pro generování bílého světla. První využívá primární laserový svazek na 800 nm, zatímco druhá využívá pro generování bílého světla blízké infračervené záření, které umožňuje provádět experimenty pokrývající široký spektrální rozsah od 400 do 1200 nm. Tato nová konfigurace otevírá možnosti pro širokou škálu experimentů, od klasické transientní spektroskopie až po multipulzní experimenty, jako jsou tzv. pump-dump-probe and pump-repump-probe, nebo experimenty využívající dvoufotonovou excitaci. Očekáváme, že nové a vylepšené zařízení pro ultrarychlou spektroskopii bude plně provozuschopné ke konci září.
31.08.2023
Svět výzkumu karotenoidů se od 9. do 14. července soustředil v Toyamě (Japonsko), kde se konalo 19. mezinárodní sympozium právě o těchto molekulách. Výzkumníci z naší skupiny, Tomáš Polívka, Václav Šebelík a Valentyna Kuznětsova, přednesli ústní prezentace, které vyvolaly zajímavou diskuzi mezi kolegy. Sympozium poskytlo platformu nejen pro průlomové vědecké pohledy, ale nabídlo také skvělou příležitost našemu týmu seznámit se s kulturou Japonska, a obohatit zážitky z pobytu v Japonsku.
25.01.2023
O přenosu energie mezi nižšími excitovanými stavy karotenoidů a (bakterio)chlorofylů toho dnes již víme poměrně dost, a proto jsme se rozhodli podívat na vyšší energie a prozkoumat chování světlosběrných komplexů po excitaci Soretova pásu nacházejícího se v blízké UV oblasti. V článku publikovaném ve Photosynthesis Research jsme následně prezentovali výsledky těchto měření. Primární motivací těchto experimentů bylo zjistit, zda je možný přenos energie mezi Soret stavem bakteriochlorofylu a a S2 stavem karotenoidu, ale žádné signály související s touto dráhou přenosu jsme nepozorovali. Nicméně jsme byli schopni popsat následující jevy. Signál ve spektrální oblasti karotenoidu byl pomocí modelování přiřazen tzv. elektrochromickému posuvu, který je důsledkem změny lokálního elektrického pole po excitaci Soretova pásu. Dále jsme pozorovali, že karotenoid v LH2 komplexu reaguje na disipaci přebytečné energie z bakteriochlorofylu a, jelikož vykazuje pozorovatelnou amplitudu signálu dohasínající s časovou konstantou zhruba 6 ps. Poslední zajímavostí bylo pozorování a následné namodelování triplet-triplet přenosu energie mezi bakteriochlorofylem a a karotenoidem, který trvá řádově 400-600 ps.
23.12.2022
Doufáme, že prožíváte klidné sváteční období, plné radosti, smíchu a času stráveného s blízkými.
Těšíme se na nový rok a na všechny vzrušující objevy a výzvy, které přinese.
S přáním šťastného nového roku,
Polivkalab
06.09.2022
Dva členové naší skupiny, David Bína a Tomáš Polívka, se podíleli na projektu, jehož výsledkem byla publikace v Nature. Článek publikovaný 31. srpna popisuje první kompletní strukturu antény sinic, fykobilisomu. Na rozdíl od očekávání byly identifikovány a charakterizovány dvě různé konformace fykobilisomů. Struktura získaná kryo-elektronovou mikroskopií nám dále umožnila najít a vizualizovat vazebná místa tzv. OCP (z anglického Orange Carotenoid Protein), který reguluje tok energie zhášením antény při nadměrném osvětlení. Každý fykobilizom může překvapivě vázat čtyři OCP uspořádané ve dvou dimerech, ale vazba je možná pouze v jedné ze dvou konformací fykobilisomu. Naším úkolem v tomto projektu bylo modelovat tok energie ve fykobilisomech s OCP a bez OCP. Model jasně ukázal, že OCP může účinně zhášet fykobilizomy přenosem energie z nejbližších bilinů ke karotenoidu kantaxantinu vázanému na OCP.
04.07.2022
Naše znalosti prezentujeme nejen během vědeckých konferencí. Rádi se účastníme také událostí, které jsou zaměřeny na širší publikum a děti. Během června se členové naší skupiny stali součástí dvou veřejných akcí. Dne 14. června přednesl vedoucí skupiny Tomáš Polívka v rámci pořadů ScienceCafé konaných v Horké vaně přednášku s názvem „Co se může stát za bilióntinu sekundy (a jak to zjistit)?“ Při ní vysvětlil, jak můžeme sledovat některé chemické reakce v reálném čase a co se může stát po absorpci světla molekulou. Večer byl zakončen otevřenou diskusí, kterou si všichni účastníci velmi užili. O několik dní později, 25. června, jsme se zúčastnili Makerday pořádaného Objeváriem v Českých Budějovicích. Členové naší laboratoře Valentyna Kuznetsova a Emrah Özcan, ukázali (nejen) dětem několik velmi zajímavých optických triků. Ve spolupráci s mobilní laboratoří BC AV ČR jsme si užili den, který předčil naše očekávání o veřejném zájmu o vědeckou činnost.
20.06.2022
V rámci doktorandské stáže strávila naše doktorandka Ivana Šímová během května tři týdny na Technické univerzitě v Mnichově ve skupině prof. J. Hauera. Společně s další doktorandkou Erikou Keil během této doby ladily a optimalizovaly experimentální setup pro transientní absorpci, který používá achromatickou generaci druhé harmonické jakožto nástroj pro zisk velmi krátkých a spektrálně širokých pulzů. Tento komplikovaný úkol také zahrnoval příjemné večerní posezení, jak můžete vidět na přiložených fotografiích. :)
20.06.2022
V našem nejnovějším článku, jsme se zaměřili na tzv. S* stav karotenoidů, který je už skoro 30 let běžně detekovaný pomocí ultrarychlé spektroskopie. Představujeme krátký přehled tohoto stále záhadného stavu, a to se zvláštním důrazem na model zvaný VERA (vibrational energy relaxation approach). Ten se snaží objasnit jeho původ a je založený na relaxaci energetických vibračních stavů. VERA dokáže vysvětlit hlavní charakteristiky dynamiky relaxace po jednofotonové excitaci, nicméně data obdržená po dvoufotonové excitaci jsou stále nad možnosti současného modelu. Na konci článku nastiňujeme možné budoucí směry teoretických a experimentálních metod potřebných k lepšímu pochopení depopulační dynamiky karotenoidů se zahrnutím první solvatační slupky.
21.02.2022
V návaznosti na předchozí studii, jsme se znovu zaměřili na světlosběrný komplex z G. phototropica. Tento člen bakteriálního kmenu Gemmatimonadota získal geny pro syntézu fotosyntetického aparátu horizontálním přenosem z jiných bakteriálních organismů. Tato událost umožnila G. phototropica vyvinout a optimalizovat svou vlastní originální strukturu světlosběrných komplexů, což z ní činí velmi atraktivní objekt ke studiu. V nové publikaci, která byla právě publikována v Science Advances, byla s využitím kryoelektronové mikroskopie struktura tohoto světlosběrného komplexu vyřešena v rozlišení 2,4 Å. S pomocí femtosekundové spektroskopie jsme také popsali dráhy přenosu energie mezi pigmenty v tomto komplexu. Ukazuje se, že elegantní uspořádání komplexu v podobě dvou soustředných prstenců obklopujících reakční centrum nejen poskytuje velmi efektivní systém pro účinný přenos energie, ale také demonstruje takřka nekonečné možnosti evoluce.
01.12.2021
Před několika lety jsme identifikovali zhášecí mechanismus ve světlem indukovaných proteinech (Hlips) ze sinic. Úspěšná spolupráce s výzkumnou skupinou Mikrobiologického ústavu AV ČR pokračuje i nadále. V novém článku, právě publikovaném v Nature Communications, ukazujeme, že stejný zhášecí mechanismus (přenos energie z excitovaného chlorofylu-a do nejnižšího excitovaného stavu karotenoidů), je také aktivní ve dvou rostlinných proteinech, které váží chlorofyl. Light-harvesting Like (LIL3) protein a Early-Light-Induced Protein (ELIP) obsahují také zeaxanthin, který účinně zháší excitovaný chlorofyl prostřednictvím mechanismu přenosu energie. Zatímco LIL3 je velmi účinný zhášeč, ELIP ve své přirozené konfiguraci nezháší. Nicméně, modifikace jeho N-konce vyvolává zhášení, což ukazuje na zásadní roli interakce mezi pigmenty a proteinem při indukci zhášení.
14.10.2021
V návaznosti na úspěšnou studii excitovaných stavů karotenoidů po UV excitaci jsme obrátili naši pozornost na karotenoidy vázané na proteiny. Pro zjednodušení jsme vybrali proteiny vázající pouze jeden karotenoid a žádné další pigmenty, tj. oranžový karotenoidový protein (OCP) a helikální karotenoidový protein (HCP). V této studii, která byla právě publikována v časopise ChemPhotoChem, jsme použili excitaci 280 nm k excitování jak proteinu (konkrétně aminokyselin Tyr a Trp), tak karotenoidu canthaxanthinu, který na této vlnové délce také mírně absorbuje. Výsledky ukazují, že UV excitace zvyšuje tvorbu produktu v OCP ve srovnání se „standardní“ excitací modrozeleným světlem. V OCP i HCP jsme identifikovali kationt cantaxanthinu, který se tvoří s asi 5% účinností výlučně po UV excitaci.
14.10.2021
Po roce bez funkčního laserového systému jsme opět v plném provozu. Smutný prázdný prostor na našem optickém stole opět zaujímá (nyní plně funkční) MaiTai. Většinu léta jsme tudíž strávili skládáním jednotlivých částí experimentu, vylepšováním tras svazků a optimalizací detekce. Na konci července jsme konečně po dlouhé přestávce provedli první experimenty.
30.3.2021
Náš nový článek právě publikovaný v časopise Journal of Chemical Physics Letters korunuje naši dlouhou a klikatou cestu k funkčnímu experimentálnímu nastavení pro měření transientních absorpčních spekter po dvoufotonové excitaci (2PE). Po úspěšném experimentu s 2PE transientní absorpcí na karotenoidech v roztoku, který jsme publikovali dříve, se tento nový článek zaměřuje na náročnější vzorek - LHCII anténu vyšších rostlin. Porovnáním 2PE transientních absorpčních spekter LHCII a směsi karotenoidu luteinu a chlorofylu-a v acetonu jsme byli schopni odpovědět na důležité otázky karotenoidové fotofyziky: Je pomocí 2PE selektivně excitován karotenoid nebo existuje také významný příspěvek 2PE z chlorofylů? Pokud ano, jak velká část 2PE fotonů je ve skutečnosti absorbována karotenoidy? Experiment s 2PE transientní absorpcí se ukázal jako ideální nástroj pro zodpovězení těchto otázek. Naše data ukazují, že pouze jedna třetina 2PE fotonů je absorbována karotenoidy v LHCII, zatímco dominantní příspěvek k 2PE signálu pochází z chlorofylů.
30.3.2021
Existuje řada článků zabývajících se fotofyzikou karotenoidů po excitaci do jejich excitovaného stavu absorbujícího ve spektrálním rozsahu 400-550 nm, tedy stavu, který rozhoduje o barvě karotenoidů. Karotenoidy však také obsahují absorpční pásy v oblasti 250–330 nm a to, zda excitace těchto pásů nějak změní dynamiku excitovaného stavu, zůstává do značné míry neznámé. Abychom přidali tento kousek skládačky do celkového obrazu fotofyziky karotenoidů, vybrali jsme tři keto-karotenoidy, echinenon, kanthaxanthin a rhodoxanthin, a po excitaci UV absorpčních pásů jsme sledovali dynamiku jejich excitovaných stavů ve spektrální oblasti 400-1200 nm. Výsledky jsou shrnuty v článku, který byl právě publikován v časopise ChemPhysChem. Klíčovým závěrem našich experimentů je, že záhadný signál S* je po UV excitaci výrazně silnější, což podtrhuje jeho pravděpodobný vztah k disipaci energie a ukládání přebytečné energie v molekulárních vibracích. Ukázali jsme také, že S* signál není spojen s jediným energetickým stavem; je tvořen příspěvky z tzv. hot S1 stavu a nerelaxovaného základního stavu.
13.1.2021
Členové skupiny se také podílejí na výuce a kromě výuky univerzitních kurzů a praktik často organizujeme laboratorní ukázky
pro studenty středních škol.
V sekci Pro veřejnost se nově můžete podívat na několik videí s jednoduchými ukázkami pokusů,
které používají jako zdroj světla laserové ukazovátko a které si můžete vyzkoušet sami doma.
3.1.2021
Ačkoli se náš výzkum primárně zaměřuje na excitované stavy karotenoidů a fotosyntetických světlosběrných proteinů, čas od času se také účastníme dalších projektů. Výsledky takové naší exkurze do jiné oblasti výzkumu byly nedávno publikovány v časopise Inorganic Chemistry. Ve spolupráci s našimi kolegy z Ústavu anorganické chemie Akademie věd ČR jsme studovali vlastnosti excitovaných stavů klastrů hydridu boritého, sloučeniny, která se jeví jako slibný kandidát jako aktivní médium v laserech s emisí v modré spektrální oblasti. Data naměřená v naší laboratoři pro sérii alkylovaných hydridů boru odhalily absorpci z excitovaného stavu, která se u některých sloučenin překrývá s modrým emisním pásmem, což brání laserovému zesílení navzdory vysokému kvantovému výtěžku fluorescence.
3.1.2021
Naše skupina ráda pracuje s „exotickými“ fotosyntetickými anténními systémy z různých mikroorganismů, které obsahují neobvyklé karotenoidy. Jedním z takových příkladů je náš nový článek, který odhaluje dráhy přenosu energie v membránové anténě z řasy Rhodomonas salina. Tento anténní protein má několik neobvyklých vlastností. Zaprvé obsahuje chlorofyl-a a chlorofyl-c (proto název CAC anténa), což je sice kombinace charakteristická pro řadu řas, ale CAC je jednou z mála antén, která obsahuje více chlorofylu-c než chlorofylu-a. Zadruhé, CAC váže karotenoid alloxanthin, jediný přírodní karotenoid obsahující dvě trojné vazby. Jak chlorofyl-c, tak alloxantin přenáší energii na chlorofyl-a, ale účinnost a jednotlivé časy přenosu energie se liší od „standardní“ antény, jako je LHCII. CAC přidává další světlosběrnou strategii do rozmanité palety těchto procesů ve fotosyntetických organismech.
3.1.2021
Vidíte to prázdné místo na našem optickém stole? Každý, kdo někdy pracoval v laserové laboratoři, ví, že je neobvyklé mít tak velký prostor bez typického lesa sloupků a držáků různých optických komponent. Proto si možná myslíte, že se v naší laboratoři děje něco zvláštního. A máte samozřejmě pravdu. V tomto prázdném prostoru by měl být náš laser MaiTai. Měli jsme smůlu, že jsme měli vážnou poruchu MaiTai během covidové krize, takže jsme ho museli poslat na opravu do laboratoří Spectra Physics v Německu. Nyní je opravený MaiTai zpět, ale kvůli cestovním omezením stále čekáme na technika, který jej nainstaluje. Doufáme, že budeme brzy připraveni na nové experimenty. Mezitím používáme tuto nemilou přestávku související s covidem k práci na datech naměřených těsně před selháním MaiTai a snad dojde i na oprášení některých starých dat, která každý z nás určitě najde v dlouho neotevřených složkách v našich počítačích.
9.10.2020
S velkým potěšením oznamujeme, že náš kolega Václav Šebelík 24. září úspěšně obhájil svou dizertační práci. Byli jsme rádi, že jsme se mohli osobně zúčastnit jeho obhajoby a důsledně jsme dodržovali doporučení platná pro tehdejší veřejné akce. Přesto se k nám jeden z oponentů z Německa musel připojit online kvůli cestovním omezením. Prezentace pokračovala následnou diskusí s oponenty, členy komise a dalšími účastníky. Po oficiální části jsme oslavili konec Vaškovy doktorandské cesty tradičním způsobem (s dnes již klasickými rouškami). :)
Vašek zahájil doktorské studium na začátku března 2016 a velmi rychle se začlenil do naší laboratoře. Byl klíčovou osobou při vývoji experimentů využívajících dvoufotonovou excitaci, skvělým partnerem pro jakékoli zábavné nebo pracovní projekty v laboratoři, vývojářem softwaru, který nám ušetřil spoustu času, a také vývojářem našich webových stránek.
25.8.2020
Ačkoli náš výzkum se zaměřuje především na karotenoidy, nedávno jsme zaměřili naši pozornost také k polyenům, které s karotenoidy úzce souvisí. Díky spolupráci s prof. Ronem Christensenem z Bowdoin College v Maine a prof. Tae-Lim Choiem z Národní univerzity v Soulu jsme měli možnost studovat dva extrémně dlouhé polyeny se "syntetickou" délkou konjugace N~200. V našem novém článku publikovaném v PCCP jsme informovali o spektroskopických vlastnostech těchto polyenů. Experimenty byly provedeny na ELI Beamlines za účelem dosažení časového rozlišení pod 50 fs, které není k dispozici v naší laboratoři. Dlouhé polyeny mají subpikosekundovou dobu života S1 stavu, zatímco "záhadný" stav S* má dobu života jen o málo delší, 1,8 ps. Porovnání těchto nových údajů s dřívějšími studiemi dlouhých polyenů/karotenoidů ukázalo, že mezi lineárními konjugovanými systémy s konjugovanými délkami 50 nebo 200 v podstatě neexistuje žádný spektroskopický rozdíl. Každý lineární konjugovaný systém s N>50 lze tedy považovat za "nekonečný" polyen/karotenoid.
25.8.2020
HCP (helikální karotenoidové proteiny) představují novou skupinu proteinů úzce souvisejících s OCP. Po nedávné strukturální charakterizaci jednoho z proteinů této skupiny jsme se v naší nedávné práci zaměřili na detailní spektroskopickou charakteristiku dvou HCP, HCP2 a HCP3, které vážou karotenoid kanthaxanthin. Použili jsme náš nový hranolový spektrometr k pokrytí celé spektrální oblasti 400-1200 nm, abychom zachytili dynamiku téměř všech spektrálních vlastností v transientních absorpčních spektrech. Naše data ukazují, že oba HCP existují ve dvou konformacích základního stavu; "modrá" konformace excitovaná na 470 nm má navíc spektrální pás v oblasti S*, zatímco "červená" konformace excitovaná na 570 nm poskytuje standardní transientní absorpční spektrum kanthaxanthinu. U obou konformací je doba života S1 stavu kanthaxanthinu kratší než v roztoku, což odráží otočení jednoho z koncových kruhů karotenoidu, které bylo prokázáno strukturní analýzou. I přes podrobnou strukturální a spektroskopickou charakterizaci zůstává funkce HCP v sinicích neznámá.
25.8.2020
Ve společném úsilí se skupinou Alexandra Rubana z Queen Mary University v Londýně jsme zvolili poněkud odlišný přístup k prozkoumání mechanismu nefotochemického zhášení v LHCII. Je dobře známo, že zhášení může být vyvoláno agregací komplexů LHCII a při práci s nízkými koncentracemi detergentu je téměř nemožné této agregaci zabránit. V experimentech popsaných v novém článku v iScience jsme LHCII trimery imobilizovali v polyakrylamidovém gelu, aby se zabránilo agregaci, a to v obou konformacích - zhášené i nezhášené. Za těchto podmínek je zhášení vyvolané agregací minimální a pozorované zhášení musí souviset se specifickou konformací jednotlivých neinteragujících trimerů LHCII. Transientní absorpční experimenty na LHCII v gelu odhalily nový spektrální pás karotenoidu, jehož amplituda souvisí se zhášením.
1.4.2020
Po našem nedávném objevu, že nekonjugované acyloxyskupiny mohou v podstatě vypnout tzv. ICT stav fukoxanthinu, pokud jsou na opačné straně molekuly než konjugovaná ketoskupina, jsme hledali keto-karotenoid, který by měl acyloxyskupinu blízko konjugované ketoskupiny. Našli jsme dva keto-karotenoidy, sifonaxanthin a sifonein, které nemají buď žádnou acyloxyskupinu (sifonaxanthin), nebo mají acyloxyskupinu na stejné straně molekuly jako ketoskupinu (sifonein). V našem novém příspěvku, který byl nedávno publikován ve Photosynthesis Research, ukazujeme, že „Acyloxy switch“ opravdu funguje. V závislosti na poloze vzhledem ke konjugované ketoskupině může acyloxyskupina buď vypnout (acyloxy naproti keto) nebo zapnout (acyloxy na stejné straně jako keto) stav ICT.
1.4.2020
Pandemie Covid-19 se dotýká (nejen) práce nás všech. Přesto jsme díky moderním technologiím a mladým členům skupiny, kteří vědí, jak je efektivně využívat, uspořádali virtuální setkání skupiny. Je zřejmé, že duch naší skupiny není současnou situací příliš ovlivněn. Budeme pokračovat v tomto způsobu sdělování výsledků, dokud se nevrátíme zpět do našich kanceláří a laboratoří a nebudeme mít standardní skupinové schůzky.
1.4.2020
Nový příspěvek od naší skupiny se právě objevil ve Photochemical and Photobiological Sciences. Díky našim kolegům z University of Cagliari a z Warsaw University of Life Sciences jsme získali protein vázající karotenoidy, který dosud nebyl studován ultrarychlou spektroskopií. Pochází z bakterie Deinococcus radiodurans, která je známá svou schopností snášet vysoké dávky UV záření v podstatě bez poškození. Buněčná stěna bakterie má na povchu tzv. "S-layer", který obsahuje vysoce uspořádané dvojrozměrné sady proteinů, které tvoří hexamerické komplexy vázající karotenoid deinoxanthin (S-layer Deinoxanthin Binding Complex – SDBC). Článek poskytuje první podrobnou spektroskopickou charakteristiku tohoto karotenoidu, jak v roztoku, tak vázaného na SDBC.
2.3.2020
Naše čerstvá doktorandka Ivča Šímová se právě vrátila z workshopu “Optimization of light energy conversion in plants and microalgae”, organizovaného SE2B v Portu, Portugalsku. Prezentovala první data z projektu zaměřeného na procesy při přenosu energií ve světlosběrné anténě neobvyklé purpurové bakterie. Tato neobvyklá anténa, která má dva soustředné kruhy BChl-a a dosud neznámý karotenoid, pochází z nedávno popsaného anténního systému z Gemmatimonas phototrophica.
2.3.2020
Poté, co jsme v roce 2018 publikovali dva články o pump-dump spektroskopii (PDP), udělali jsme si v této oblasti krátkou pauzu, protože dvě hlavní osoby, které stály za nastavením pump-dump experimentu (Robert a Valja), opustily skupinu. Nyní, když se po téměř dvouletém postdoktorském pobytu ve skupině Janne Ihalainena v Jyvaskyle Valja vrátila, obnovujeme nastavení PDP znovu s nadějí, že odhalíme nové vlastnosti dynamiky excitovaných stavů těchto fantastických oranžových molekul - karotenoidů. V novém nastavení detekce je experiment PDP spojen s hranolovým spektrometrem, takže můžeme vidět efekt dumpingu/re-pumpingu v mnohem širším spektrálním okně než před dvěma lety.
24.2.2020
V únorovém čísle BBA-Bioenergetics vyšel náš nejnovější příspěvek k výzkumu OCP a příbuzných proteinů. Tentokrát jsme spojili síly s kolegy z jiných laboratoří, abychom studovali spektroskopii a strukturální analýzu dvou forem OCP (OCP1 a OCP2). Ze spektroskopického pohledu ukazujeme data, která jsme poprvé měřili s hranolovým spektrometrem, což nám umožnilo měřit transientní absorpční spektra v rozsahu 400-1200 nm. Data prezentovaná v článku byla získána pomocí sestavy vytvořené našimi kolegy z ELI Beamlines, nyní již ale máme náš vlastní detekční systém s hranolovým spektrometrem – naše data brzy zveřejníme! Samozřejmě je široké spekrální okno podmíněné ztrátou rozlišení, ale pozorovat všechny spektrální a dynamické jevy v celém rozsahu 400-1200 nm je jednoduše skvělé. Na obrázku níže si můžete prohlédnout příklad bílého kontinua generovaného na safírovém krystalu v naší laboratoři tak, jak bylo zachyceno na CCD kameře s 2048 pixely za hranolovým spektrometrem.
19.12.2019
Naše skupina oslavila nadcházející svátky na vánočním setkání a užila si tradiční (i netradiční) české vánoční cukroví napečené našimi členy.
18.12.2019
Laboratoř optické spektroskopie byla založena v roce 2005 Ústavu fyzikální biologie sídlícím v Nových Hradech, který byl součástí Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. V prosinci 2013 se laboratoř přemístila do nově vybudované budovy C Přírodovědecké fakulty Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Od té doby jsme spolu zažili sextiliony femtosekundových šťastných a vzrušujících okamžiků, při kterých jsme experimentálně prověřili mnoho vědeckých nápadů. Zde je krátký přehled posledních let na fotografiích členů naší skupiny...
... a na fotografiích naší laboratoře...
